Показатель преломления (коэффициент преломления). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Показатель преломления (коэффициент преломления) - оптич. характеристика среды, связанная с преломлением света на границе раздела двух прозрачных оптически однородных и изотропных сред при переходе его из одной среды в другую и обусловленная различием фазовых скоростей распространения света

в средах. Величина П. п., равная отношению этих скоростей

наз. относительным

Показатель преломления этих сред. Если свет падает на вторую пли первую среду из вакуума (где скорость распространения света с), то величины

наз. абсолютными П. п. данных сред. При этом

а закон преломления может быть записан в виде

где

- углы падения и преломления.

Величина абсолютного П. п. зависит от природы и строения вещества, его агрегатного состояния, температуры, давления и др. При больших интенсивностях П. п. зависит от интенсивности света (см. Нелинейная оптика). У ряда веществ П. п. изменяется под действием внеш. электрич. поля (Керра эффект - в жидкостях и газах; электрооптич. Поккельса эффект - в кристаллах).

Для данной среды П. п. зависит от длины волны света l, причём в области полос поглощения эта зависимость носит аномальный характер (см. Дисперсия света ).В рентг. области П. п. практически для всех сред близок к 1, в видимой области для жидкостей и твёрдых тел - порядка 1,5; в ИК-области для ряда прозрачных сред

4,0 (для Ge).

Анизотропные среды характеризуются двумя П. п.: обыкновенным

(аналогично изотропным средам) и

- необыкновенным, величина к-рого зависит от угла падения луча и, следовательно, направления распространения света в среде (см. Кристаллооптика ).Для сред, обладающих поглощением (в частности, для металлов), П. п. является комплексной величиной и может быть представлен в виде

где га - обычный П. п.,

- показатель поглощения (см. Поглощение света, Металлооптика).

П. п. является макроскопич. характеристикой среды и связан с её диэлектрической проницаемостью

н магн. проницаемостью

Классич. электронная теория (см. Дисперсия света)позволяет связать величину П. п. с микроскопич. характеристиками среды - электронной поляризуемостью атома (или молекулы)

зависящей от природы атомов и частоты света, и плотностью среды:

где N - число атомов в единице объёма. Действующее на атом (молекулу) электрич. поле

световой волны вызывает смещение оптич. электрона из положения равновесия; атом приобретает индуциров. дипольный момент

изменяющийся во времени с частотой падающего света, и является источником вторичных когерентных волн, к-рые. интерферируя с падающей на среду волной, образуют результирующую световую волну, распространяющуюся в среде с фазовой скоростью

и потому

Интенсивность обычных (не лазерных) источников света относительно невелика, напряжённость электрич. поля

световой волны, действующего на атом, много меньше внутриатомных электрич. полей, и электрон в атоме можно рассматривать как гармонич. осциллятор. В этом приближении величина

и П. п.

являются величинами постоянными (на данной частоте), не зависящими от интенсивности света. В интенсивных световых потоках, создаваемых мощными лазерами, величина электрич. поля световой волны может быть соизмерима с внутриатомными элект-рич. полями и модель гармония, осциллятора оказывается неприемлемой. Учёт ангармоничности сил в системе электрон - атом приводит к зависимости поляризуемости атома

а следовательно и П. п., от интенсивности света. Связь межу

оказывается нелинейной; П. п. может быть представлен в виде

где

- П. п. при малых интенсивностях света;

(обычно принятое обозначение) - нелинейная добавка к П. п., или коэф. нелинейности. П. п.

зависит от природы среды, напр. для силикатных стёкол

На П. п. влияет высокая интенсивность ещё и в результате эффекта электрострикции, изменяющего плотность среды, высокочастотного эффекта Керра для анизотропных молекул (в жидкости), а также в результате повышения температуры, вызванного поглощением излучения. Все эти эффекты прямо пропорциональны интенсивности света

и дают вклад в величину

П. п. фоторефрактивных кристаллов (напр.,

также зависит от интенсивности света в результате возникновения и пространственного перераспределения в кристалле электрич. зарядов; причём изменение П. п. сохраняется довольно долго и после прекращения засветки.

П. п. как оптич. характеристика среды в линейной оптике часто используется при физ--хим. анализах. П. п. к--л. вещества обычно измеряется по отношению к воздуху для l = 589-589,6 нм (жёлтый дублет линии натрия), при f = 20

, атм. давлении и обозначается

Для твёрдых тел величина

изменяется в пределах от 1,3 до 4,0, для жидкостей - от 1,2 до 1,9, для газов (при нормальных условиях) - от 1,000035 (Не) до 1,000702 (Хе), для воздуха

= 1,00029. Измерение

производится с помощью рефрактометров.

Литература по показателям преломления (коэффициентам преломления)

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.